大跨徑斜拉橋的幾何非線性效應明顯,此效應的存在使得施工階段的索力確定和合理成橋狀態(tài)的實現(xiàn)變得復雜。本文在影響矩陣法的基礎上進行了優(yōu)化,研究了基于修正影響矩陣法的施工索力確定問題�；谟绊懢仃囋�,推導了大跨徑斜拉橋在支架法和懸臂法施工狀態(tài)下的影響矩陣方程,將索力影響因素分成新拼裝梁段自重、張拉斜拉索、施工臨時荷載、拆除施工臨時荷載這四種。臨時荷載的移動和邊界約束條件的變化轉(zhuǎn)換成荷載作用在結構上,通過這種方式將索力影響矩陣的求解統(tǒng)一起來。同時在線性調(diào)值的基礎上引入了非線性問題的求解方法,并由此推導出了適用于大跨徑斜拉橋施工階段,計入幾何非線性效應的非線性修正影響矩陣法。以一座主跨616m+616m的三塔斜拉橋為工程背景,使用ANSYS建立了其有限元模型,并劃分了施工階段。在求解合理成橋索力的基礎上,使用影響矩陣法和非線性修正影響矩陣法分別對模型進行了求解以及對比分析。研究結果表明:（1）邊跨采用支架法施工,施工過程中,只有后張拉的斜拉索會影響到先張拉的斜拉索的索力,而中跨采用懸臂法施工,施工過程中,新拼裝梁段的自重、張拉斜拉索、施工臨時荷載和拆除施工臨時荷載均對斜拉索的索力存在一定的影響... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

斜拉橋的結構形式

14圖2-1變形體的運動為了進一步的描述，可以做如下定義。在初始時刻即t=0時，變形體構型為0A，變形體體內(nèi)任意一點0P的坐標為(000123X，X，X)；此后的某個時刻t=nt時，變形體構型變?yōu)閚A，質(zhì)點也由0P位置運動至nP位置，其坐標變?yōu)?nnn123X，X，X)；t=nt后的又一時刻，時刻變?yōu)閠=n+1t=nt+Δt，此時變形體的構型變?yōu)閚+1A，質(zhì)點由nP運動至n+1P，坐標變?yōu)?n1n1n1123XXX+++，，)。通過采用不同的坐標系，可以用不同的方法來描述變形體及其中某一質(zhì)點的運動狀態(tài)[33]：（1）質(zhì)點描述：變形體由離散元構成的，運動過程中任一離散元P的三個方向的坐標0X1，0X2，0X3和運動時間0t無關，兩者互為獨立變量，在描述時給出任意時刻物體各質(zhì)點的位置。（2）參照描述：又稱為拉格朗日描述。在構形中選擇任一質(zhì)點P，將其當前的坐標nX1，nX2，nX3和對應的時間t作為獨立變量�？傮w拉格朗日描述，即T.L列式選擇t=0時的構形作為參照構形來進行后續(xù)計算。（3）相關描述：將任意時刻的nt作為獨立變量，參照構形與時間有關。修正的拉格朗日描述就是運用了這種描述方式，把nt作為非線性增量求解時增量步的起始時刻，稱之為U.L列式。（4）空間描述：又稱為歐拉描述。描述時將變形體內(nèi)任一質(zhì)點P的當前位置n+1Xi及時間n+1t作為兩個獨立變量，從而對變形體的運動進行描述。在連續(xù)介質(zhì)力學中，拉格朗日描述法適用于固體力學，此方法關注變形體內(nèi)某一質(zhì)點的運動狀態(tài)并始終將坐標系固定在此點上，在變形體的運動過程中坐標也會隨之發(fā)生變化。而歐拉描述法適用于流體力學，關注空間中某一指定點的

24圖2-3增量法的求解過程2.3.2迭代法迭代法與增量法不同，沒有將荷載劃分成很多部分，而是將荷載一次性加到結構上。節(jié)點位移和桿端力分別由結構變形前后的切線剛度矩陣求得。由于結構的剛度矩陣在變形起點和變形終點是不同的，這樣的求解方式會產(chǎn)生節(jié)點不平衡荷載。為了滿足平衡條件使得節(jié)點處于平衡狀態(tài)，節(jié)點不平衡荷載被當做外荷載重新作用于節(jié)點上，此時結構又會產(chǎn)生新的節(jié)點位移�？梢酝ㄟ^多次加載的方式來減小節(jié)點不平衡荷載。以第i次迭代為例，計算過程如下：[]{}{}[]{}{}[]{}{}{}{}11""""iiiiiiiiiiiKPKPKPPPδδδ++Δ=Δ=Δ==（2-14）式中：[]iK-第i次迭代時結構變形前的剛度矩陣；["]iK-第i次迭代時結構變形后的剛度矩陣；{}iP-第i次迭代時用結構變形前的剛度矩陣計算出的桿端力；{"}iP-第i次迭代時用結構變形后的剛度矩陣計算出的桿端力；{}iΔδ-第i次迭代時用由節(jié)點不平衡荷載引起的節(jié)點位移增量。迭代法的求解過程見圖2-4。從圖中可以看出，隨著迭代次數(shù)的增多，計算結果越趨近于結構實際的數(shù)值精確解�？梢杂霉�(jié)點不平衡荷載的精度來控制迭代法計算結果的精度。由于荷載是一次性全部加載到結構上的，因此無法導出位移和應力之間的具體變化關系。

【參考文獻】：
期刊論文
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[10]千米級斜拉橋施工過程中的索力優(yōu)化與線形控制研究[J]. 張建民,肖汝誠.  土木工程學報. 2005(07)

碩士論文
[1]基于影響矩陣法的斜拉橋成橋索力優(yōu)化與合理施工狀態(tài)研究[D]. 毛健.吉林大學 2017



本文編號：3044241